矿用汽车后桥壳体修复工艺的探索及应用

肖丽安 刘圣林

江西铜业集团永平铜矿汽修厂 江西南昌 334506

1 前言

由北方重型汽车有限公司生产的 3307型矿用汽车是本采矿场承担采矿剥离的主要运输设备。因其24 h连续在复杂的采矿区域运转，工作负荷大，车辆的后桥壳体在长期使用过程中承受随机载荷，由于其结构特点及使用条件的限制，极易出现后桥壳体和牙苞接合部位受力处出现裂纹，如图1所示。

以往出现这种情况都是直接更换后桥壳体，但是由于后桥壳体配件紧缺，且价格昂贵，单个壳体的价格就达 21 万元，同时配件的采购和更换会延误正常的生产进度。故对后桥壳体修复过程中存在的主要问题进行了分析，并对修复工艺进行了探索与实践，取得了较好的实施效果。

2 后桥壳体修复过程存在的问题

a. 焊接材料和焊机型号不易选择。由于后桥壳体的关键受力区材料为高强度合金铸钢，焊接性能差，材质的碳当量约为0.60%，淬硬倾向也较大。焊接时，母材近焊缝区会产生低塑性的淬硬组织，易产生冷裂纹。另外，在焊补过程中，母材熔化到第一层焊缝金属中的比例一般为 30%左右，焊缝的含碳量较高，焊缝金属容易产生热裂纹。因此选择合适的焊接材料非常重要。

b. 焊件表面较难彻底清理。后桥壳内表面长期浸泡在齿轮油中，开裂位置往往夹杂着水、油、锈、污垢、油漆等杂质，尤其是焊件表面的氧化膜含有结晶水，这样会导致焊缝产生裂纹和其他缺陷。

c. 坡口形式与裂缝尺寸不匹配。开坡口是为了保证电弧能够深入焊缝根部，使其焊透。综合焊接方法、避免缺陷、减少变形与应力、焊接防护、操作方便等角度考虑，通常采用 V 型坡口，如图2所示。但由于后桥壳体裂缝较长且呈放射状，这种坡口形式会导致焊缝产生较大的收缩应力和拘束应力，产生冷裂的倾向也很大，难以稳定地实现修复要求。

d. 焊接工艺处理不当。后桥壳体的材质是高强度合金铸钢，焊接性较差，虽然焊前采取了预热，但由于材质和所使用焊条的特殊性，在焊接过程中起弧和收弧处极易产生气孔。而连续气孔存在于焊缝中，会直接降低焊缝承载的能力，破坏焊接结构，从而造成后桥壳修复后会在极短的使用时间内再次产生裂缝。

3 后桥壳体修复工艺

a. 焊接材料的选择。根据后桥壳体的关键应力区材料性能和使用的要求，考虑到焊缝的金属强度及韧性应与母材相适应，故选用容敷金属抗拉强度等级为500 MPa的低氢钠型E7018 碱性焊条作为焊接填充，焊接操作时选用国内较先进的松下ZX7-500 直流逆变焊机，采用短弧焊接，即弧长为焊条直径的0.5～1倍。

b. 彻底清理待焊区。在用高压水冲洗干净的基础上，用氧、乙炔焰烧去待焊表面油污、油漆、铁锈等杂质，再用角向磨光机对焊件表面氧化层进行打磨，直至焊处坡口两侧10～15 mm处呈露金属光泽。

c. 合理地制作焊接坡口。首先在零件开裂处进行无损检测，找出裂纹的起点及终端，钻出止裂孔，再采用碳弧气刨的方法开坡口，坡口型式为 U 型，备制的坡口外行应圆滑，如图3所示。应尽可能地减少母材熔入焊缝金属中的比例，焊缝余高为1.5～3 mm，实现单面焊双面成型，有利于防止焊接过程中裂纹的产生，并且起到应力区的加固作用，防止使用时出现再次开裂的现象。

d. 采取合适的焊接工艺。通过研究后桥壳体材质和焊条性能，发现在引弧和熄弧的过程中最易产生气孔和焊接缺陷。通过查阅有关资料，并经过对比试验验证，最终确定施焊前在待焊处加设引弧板和熄弧板，板长不小于100 mm，这样在引燃电弧和焊接接收弧的时候可以把气孔及焊接缺陷都留在引弧板和熄弧板上，焊接结束后再用切除的方法去除引弧板和熄弧板，即可防止此类缺陷的产生。合格的焊缝如图4所示。

4 实施效果分析

2006～2011年，采用上述方案修复矿用汽车后桥壳体共计50余件，一次修复合格率达100%，修复效果良好，节约成本达1 000万元。装车交付使用后跟踪调查，运行30 000 km以上均未出现异常。